橡膠制品的冷凍修邊
發布時間：2016-11-22 15:43:13 人瀏覽
來源： 橡膠技術網
橡膠制品的冷凍修邊
一、概況
未硫化膠料在高溫、壓力下為粘稠流體，而到了模壓硫化階段，膠料迅速充滿模腔，其多余的部分（為了防止缺膠，填充在模腔中的膠料，肯定保持一定的過量)溢出硫化，便形成了溢膠---即飛邊。飛邊一旦形成，為使外觀整齊、美觀，必須除去，這一工序習稱修邊。對修邊的要求是尺寸精確、外觀整齊。在實際生產中。產品的修邊往往費時、耗工，對于要求嚴的產品，在修邊時稍有不慎即可能出廢次品，必須謹慎對待。一般來說，產品的尺寸規格越小、構形越復雜，修邊的難度越高，廢品也越多。
二、修邊方法分類
橡膠制品的修邊分為手工、機械和冷凍等三類:
1. 手工修邊。操作者手持刀具，沿著產品的外緣，將飛邊逐步修去。這是最原始的方法。效率低、質量難保證，特別對構型復雜、精度要求高的產品難以做到徹底、于凈，而且很容易損及產品本體與飛邊的連接部。往往留下齒痕、缺口，從而留下漏油、漏氣等影響密封的后遺問題。另外。手工修邊對操作熟練程度的依賴也很突出。
2. 機械修邊。為了提高效率和質量，出現了機械修邊。常見的是帶旋轉刀刃的專用電動修邊機。所用的刀刃需與制品尺寸高度匹配。如果產品的內外緣都有飛邊。則可設計成雙刃、多刃口。以實現一次完成。機械修邊的加工精度超過手工修邊，效率也有成倍提高，特別對一模多腔的產品而言，可以按照產品的排列與分布，設計出與之匹配的刀具。待產品出模后。可整版套上，一次完成沖切。在加熱的配合下，一次能修幾十個。典型例子是醫用藥塞整版沖切修邊。關鍵是沖切溫度必須掌握好，防止過高后粘連。
3. 冷凍修邊。將硫化好的成品連同飛邊，在冷凍條件下進行除邊。幾十年來，隨著冷凍介質的選擇、換代以及機械動作的改進，冷凍修邊也經歷了幾代改進，日臻成熟和完善，工作效率和加工質量都有了明顯的提高。其過程是讓已硫化產品在冷凍和動態條件下降溫，使飛邊進入脆化狀態。然后經過它們自身之間的相互摩擦，或在旋轉、振動、擺動等動態條件下，借助于摩擦而去除飛邊。或者，令剛性的丸狀介質以一定速度對待修產品進行沖擊，從而除去飛邊。
三、冷凍修邊介紹
1. 基本原理。橡膠在低溫下變硬、脆，且因厚度不同而變脆程度不同。就是說，在同樣的低溫條件下，薄的部分的變脆先于厚的部分。所以，利用飛邊與本體的厚度差異所導致的脆性梯度來完成修邊，也就是抓住飛邊已脆而本體未脆的時間差，對待修產品施加摩擦、沖擊、振動等外力將飛邊去除。而此時制品本體尚處于彈性狀態而不受損傷。后來。通過噴射介質的應用進一步提高了修邊效果。
2. 冷凍修邊技術的演變。冷凍修邊最早出現于20世紀50年代，此后大致經歷了4個發展階段。
（1)第一代冷凍修邊 冷凍轉鼓修邊
以轉鼓為工作容器，轉鼓橫截面示意見圖1，最初選擇干冰作致冷劑。把待修件裝入轉鼓，或者再添加一些能起到摩擦作用的工作介質。桶內溫度控制在飛邊已發脆而制品本體未脆的范圍。為了恰到好處地達到這一目的，飛邊厚度應≤0.15mm。轉鼓是設備的主要部件，呈八角形。其關鍵點是能控制好噴射介質的落點，以使翻滾周而復始地進行。
由圖1可見，轉鼓以反時針方向轉動，而物料受重力的作用沿1－2線掉落，然后依序循環，達到翻勻。一段時間后，飛邊脆化，最終均勻完成修邊。第一代技術的不足之處是不徹底，特別在分型面兩側容易出現殘余飛邊。原因是模具設計欠妥，或分型面處的膠層太厚（大于0.2mm)所致。
(2)第二代冷凍修邊機
其在第一代的基礎上，做了三方面的改進。
①致冷劑改用液氮。因為干冰的氣化點為-78.5℃，對某些脆性溫度低的膠種(如硅橡膠)就不適用。而液氮的沸點為-195.8℃，適用于所有橡膠種類。
②盛放待修制品容器的改進。由轉鼓改為以槽形輸送帶作運載體。這樣，由于待修產品能在帶槽中周而復始地翻滾，大大減少了死角的出現幾率。不僅提高了工效，也改善了修邊的精密度。
③不再單純地依靠待修件相互之間的摩擦來除邊，而是引入細粒狀的噴射介質沖擊。使用粒徑0.5～2mm的粒狀金屬或硬質塑料彈丸，以線速25～55m/s射向待修品的表面，造成很大的沖擊力，從而大大縮短了周期。第二代冷凍修邊機的構造見圖2。
(3)第三代冷凍修邊機
其是在第二代基礎上改進而產生的，待修件的容器改為四壁帶孔結構的籃筐。這些孔布滿籃筐四壁，孔徑為5mm左右(大于彈丸直徑，以允許彈丸順利通過孔眼而落下)，經回收到設備頂部后供第二次使用。這樣安排既能擴大容器的有效容量，又可減少沖擊介質(彈丸)的儲存量。第三代冷凍修邊機的內部構造見圖3左。設計重點包括:籃筐并非垂直安置，而是帶一定的傾斜度(40º～60º)。其優點是在修邊過程中。由于兩種力的疊加而劇烈翻動：第一種力是由籃筐本身轉動提供的旋轉力;第二種力則是隨彈丸沖擊帶來的離心力。當這兩股力匯合在一起時，就產生了360º的全方位運動，產生均勻、徹底地翻動，從而縮短加工周期。圖4說明上述兩種力作用的示意。第三代冷凍修邊機的技術參數見表1。
(4)第四代冷凍修邊機
第三代冷凍修邊機雖有翻動均勻、加工快速等優點，但也存在兩個缺點。第一，受籃筐容積的限制，不適用于直徑≥200mm的大型制品;第二，正因為受籃筐容積之限，只能進行分批作業，而每次換批、啟動，又得重復耗用液氮，使成本增加。為此出現了可進行流水作業的連續生產線。待修件進入工作區后，借助于環形輸送帶向前運行，先后經過液氮冷凍區降溫、沖擊區接受彈丸噴射，完成沖擊去邊，然后已修邊成品可以下線。如果大、小規格混雜的話，可以分揀。沖擊介質回收后，經外循環重新回歸到儲庫。第四代冷凍修邊流水線見圖5。
四、相關問題的談論
1. 制冷方法。降溫是實現冷凍修邊的必備條件，可供選擇的致冷途徑有:
(a)制冷機致冷。使用氟里昂為冷凍劑，提供適用的低溫條件。缺點是能耗大，又不利于環保，所以不在考慮的范圍。
(2)致冷劑致冷。可供使用的致冷劑有干冰(固態二氧化碳)和液氮。干冰因沸點高，致冷效果差，已淘汰。液氮是目前普遍使用的品種，因為它的沸點低(-196℃)，制冷冷效果突出。又因化學上呈惰性。使用安全，也不會影響橡膠的性能。蒸發1公斤液氮需從外界吸收201千焦爾的熱量，所以制冷效果良好。其單耗低。另外一個優點是氣化膨脹率大，1立方液氮可氣化成700立方的氮氣，能產生很高的氣流速度，實現良好的熱平衡。
由于液氮在長途運輸中不可避免地產生損耗，為了降低運輸成本，用戶與供應點的距離要求不超過300km。
2. 噴射介質早期都采用高碳鋼珠。苴徑在0.5～2mm之間。無論資料介紹或實踐都證明使用單一粒徑的效果往往不如使用幾種粒徑按一定比例搭配混合使用。粒徑大于1.5mm的適宜于沖修大而厚的飛邊，而小粒徑的則可起補充加工之用。完成殘余死角的修凈。
近年來也開始使用硬質塑料(如聚甲醛)彈丸，其優點是不會在制品表面留下斑疤，也不會生銹。
缺點是耐用性較差，使用壽命短。另外，因強度較差，每次修邊時。所需時間較長。
3. 工藝參數的選定
(1)冷凍溫度。應該根據膠種、飛邊厚度及噴射介質來確定。就膠種而言，脆性溫度越低，則選用的溫度應該越低，各類橡膠的脆性溫度見表2。
另外，飛邊越厚、一次批量越大意味著表面接觸致冷劑的幾率越小，冷凍溫度應越低。
（2）裝載量。取決于容器容量，同樣也取決于產品結構。若產品為純膠的，則按重量計，裝載量(按公斤計)以等于容器體積的1/3~1/2為宜。例如60升的容器，其合適的裝載量應該是2～3公斤。
但如果是橡膠/金屬結合制品，則裝載量可按1：1計算，即6公斤。
（3）噴射角度。實踐證明，彈丸的噴射(或拋射)角度(即噴射介質流與容器所夾之角)以70º～80º為最理想，使噴射介質與籃筐中的待修件處于最佳的對沖狀態，從而確保均勻翻動，冷凍修邊機各主要構
件的組裝位置見圖6。
(4)卸料和清料。使用后的噴射介質，將沿著下傾的振動篩，連同修下來的飛邊、膠屑一起經受振動、分離，匯集到底部收集，實現飛邊與成品分離。
五、質量問題和控制
在冷凍修邊中，會遇到一些質量問題，它們有的起因于前工序，有的則由于條件控制不當所致。常見的問題主要有:
1.接頭處斷裂。這一般是前工序(模壓或注壓) 接頭不良造成，原因多種多樣，有膠料流動性差、膠料局部焦燒、硫化壓力不足等。不牢固的接頭在冷凍下受到沖擊后便斷開。
2、表面坑洼和麻點。一般因溫度太低、冷凍時間過長或噴射速度過快所致。其中大的坑洼由大彈丸造成，而麻點則由小顆粒彈丸造成。
3、除邊不徹底。有時在分型面處有殘余的飛邊，可見，形成這類缺陷的原因較多，其中最主要的是大小彈丸搭配比例不當，一般小粒子太少容易造成此類問題。還有一種情況是飛邊太厚，如厚度超過0.2mm時飛邊就難以除盡。
目前采用這種設備去除加纖材質外殼的廠家有:綠點（天津、蘇州、無錫）、赫比（上海、天津）、NOLATO（北京）等；富士康（北京、杭州）、貝爾羅斯（北京、廣州）、富裕（東莞）都已通過試驗了解了設備的高效率、高品質
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